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1、发动机缸盖生产工艺的研究第一章 发动机缸盖生产线分类的研究11.1 刚性生产线11.2 柔性生产线21.2.1 串行柔性线41.2.2 并行柔性线41.2.3 专机式柔性线51.3 试制线51.4 成型线5第二章 发动机缸盖加工工艺的研究62.1 加工工艺分析及设备62.1.1 工艺流程分析72.2 加工工序的研究72.2.1 粗基准和精基准的选择72.2.2 辅助工序及设备92.3 加工方法102.3.1 凸轮轴孔系102.3.2 阀座导管孔系112.3.3 缸体结合面112.4 柔性加工工艺设计122.4.1 工艺流程设计及优化122.4.2 工序划分方法122.4.3 工艺设计原则132
2、.5 加工精度的研究14第三章 数字化技术在发动机缸盖工艺中的应用173.1 数字化工厂介绍173.2 数字化工艺规划173.3 发动机缸盖工艺规划183.3.1 资源库183.3.2 工艺知识库193.3.3 CAD模型导入193.3.4 特征识别(Feature Recognition)193.3.5 工艺规划中的其它工作193.4 发动机缸盖生产线仿真与优化203.4.1 柔性制造生产线仿真的建立203.4.2 仿真与优化22第一章 发动机缸盖生产线分类的研究1.1 刚性生产线刚性生产线是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性制造包括组合机床、专用机
3、床、刚性自动化生产线等。 刚性生产线是根据特定的生产任务需要将专用机床组合在一起，以取得最优的效益。在大批量生产中至今还是刚性生产线( 如多工位自动线) 占主导地位。刚性线主要适合于成熟期产品的大批量生产，生产成本相对较低。但要求一次投资达到目标产量。 采用专用机床组成的刚性线加工对象单一，可变性差，不能及时适应生产任务的变化。市场产品设计发生变化时需对主轴箱、夹具、输送系统等重新设计、改造，改造的工作量大、费用高、生产准备周期长。对多品种共线加工兼容性差，一般只适应于同系列产品的共线加工。 刚性自动线生产率高，但柔性较差，当加工工件变化时，需要停机、停线并对机床、夹具、刀具等工装设备进行调整
4、或更换（如更换主轴箱、刀具、夹具等），通常调整工作量大，停产时间较长。整个生产线有统一的节拍，一台机床因故停机，全线工作将被迫中断，因此这种加工线不能太长。对于向发动机缸体、缸盖这种加工工序很长的零件，就要把加工线分成几段，各段之间加上储料装置，一段生产线因故停机，其上下段仍然可继续工作。刚性自动化生产线是用于工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序链接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产节拍，顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程。因此，刚性自动线具有很高的自动化程度，具有统一的控制系统和严
5、格的生产节奏。除此之外，刚性自动化还具有可以有效缩短生产周期、取消半成品的中间库存、缩短物料流程、减少生产面积、改善劳动条件、便于管理等优点。1.2 柔性生产线柔性生产线是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。 与刚性自动化生产线相比，柔性制造生产线工序相对集中、没有固定的生产节拍、物流统一的路线，进行混流加工，实现在中、小批量生产条件下接近大量生产中采用刚性自动线所实现的高效率和低成本。柔性制造生产线一般有如下3种形式：柔性制造单元、柔性制造系统、独立制造岛。(一) 柔性制造单元通常由1-2台加工中心构成，并具有不同形式
6、的刀具交换和工件的装卸、输送及储存功能。除了机床的数控装置外，还有一个单元计算机来进行程序的管理和外围设备的管理。FMS适合于小批量生产，加工形状比较复杂，工序不多而加工时间较长的零件。(二) 柔性制造系统(FMS)由2台以上的加工中心，以及清洗、检测设备组成，具有较完善的刀具和工件的输送和储存系统，除调度管理计算机外，还配有过程控制计算机和分布式数控终端等，形成多级控制系统组成的局部网络。FMS适合于加工形状复杂、加工工序繁多、并有一定批量的多种零件。(三) 独立制造岛 独立制造岛是以成组技术为基础，由若干台数控机床和普通机床组成的制造系统，其特点是将工艺技术装备、生产组织管理和制造过程结合
7、在一起，借助计算机进行工艺设计、数控程序管理、作业计划编制和实时生产调度等。其使用范围广，投资相对较少，各方面柔性较高。目前，各汽车厂家广泛应用的柔性（CNC加工中心）生产线主要分为三种：规模相对较小的串行柔性线、规模相对较大的并行柔性线及最近几年新出现的专机式柔性线。1.2.1 串行柔性线图1-1为年产10万缸盖生产线示意图，可以看到，CNC加工线分为A线和B线，分别由红色和粉红色两色圈示，所有加工中心的节拍是一致的。两线并联后再同中间的辅机串联成整条生产线。图1-1 串行柔性线串行柔性线的每台CNC加工中心的加工内容是由整条生产线的节拍所确定的，如果没有复线的话，每台CNC设备的设计节拍都
8、是一致的，加工内容必须安排在节拍内完成。为了提高加工中心的利用率，通常在串行柔性线中的CNC加工中心的节拍规划得比系统中的辅机慢一半，而使用CNC设备的复线来补足生产能力。1.2.2 并行柔性线如图1-2所示，整条线上大部分机床为CNC加工中心，A工位是5台加工中心，B工位是3台，C工位是5台，D工位是4台；整条线的节拍是一定的，同工位的加工中心加工内容一样，节拍也是相同的，但不同工位的加工中心的节拍不一定相同。为了尽可能多的安排加工内容，提高加工中心的利用率，其节拍应较长。图1-2 并行柔性线组成单元组成并行柔性线的每台CNC加工中心的加工内容是由实际理想的加工步骤、定位夹紧方式等确定的，组
9、成每道工序的加工中心的节拍并不完全相同。在确定每道工序的加工内容和节拍后，再根据整条生产线节拍的要求确定每道工序需要的CNC加工中心的数量。1.2.3 专机式柔性线专机式柔性线同加工中心与专机组合而成的刚柔生产线并不是一个概念，专机式柔性线最主要特点是采用的加工中心是专机式加工中心，其构造结合了自动线和加工中心的特点，将机床转化为一个独立的加工单元。消除了专机与加工中心之间的对立，弥补了专机和加工中心之间的鸿沟，是以加工中心和专机的组合形式来加工工件的一种新工艺。专机式加工中心用一个旋转的C轴来装夹工件，夹具与专机线或加工中心的类似。在夹具上的工件可以在X、Y、Z轴间作轴向移动，也可以作旋转。
10、刀具主轴在夹具周围以U型布置，切削时工件向刀具运动。专机式加工中心的轴数比专机要少，使得它更简单、可靠。因为减少了换刀时间，生产能力要比加工中心高。它的初期投资和运转周期都要低一些。其它优点还包括占地面积小，减少库存、安装和公用设施费用和零件输送费用等。1.3 试制线1.4 成型线第二章 发动机缸盖加工工艺的研究2.1 加工工艺分析及设备发动机缸盖的加工多采用柔性生产线，生产线设备以进口加工中心为主、配少量具一定柔性的专用机床及必需的辅机组成。设备之间采用输送辊道连接。从柔性的角度出发，大部份加工内容选用进口立式加工中心完成。针对部分加工内容需在立式加工中心置备第四回转轴。与选用卧式加工中心相
11、比，这样既达到了加工要求，又减少了设备费用支出。随着数控机床的技术不断进步，立式加工中心的性价比更容易让用户接受。生产线加工中心多为进口。(1)选用的立式加工中心特点是： 主轴刀柄为BT40。 主轴最高转速为8000rrain。 快移速度32ndmin。 刀对刀换刀时间091.28。 刀库20把。少部分内容对加工中心因节拍、精度、或成本等影响，该部份内容在产品变化后设备工装调整不大，选用NC专机完成，本线专机为台湾进口。(2) 轴承座侧面加工。加工余量大，加工部位多，如465气缸盖8个面轴承座侧面要加工，在专机上用一轴装多把铣刀，可同时完成多个轴承座侧面部位加工。本设备为双工位双主轴多刀组合N
12、C铣床，产品变换时，简单调整即可。(3) 摇臂轴孔加工。摇臂轴孔为细长孔，如465Q气缸盖摇臂轴孔为垂(15H7X400)mm，其钻铰工序，均采用专机完成。钻孔专机有主轴配水装置，采用直槽枪钻，中心出水冷却。该工序设备为双面组合NC钻，铰机床，可以加工单摇臂轴孔和双摇臂轴孔缸盖。(4) 凸轮轴孔精加工。凸轮轴孔加工分粗镗半精镗精镗三道工序。粗镗、半精镗在立式加工中心上采用调头镗方式完成，精镗在专机上采用可微调式多刀，连同止口和多阶凸轮轴孔同时完成。(5) 其他。设备冷却采用单立配置，对设备使用的调整、维护等十分方便。例如，针对工件导管与气门座的材料为粉末冶金及其加工精度要求较高的特点，针对该工
13、序设备配备了油性稍大的切削液。工件定位统一为一面两销，夹具全部采用液压夹紧。2.1.1 工艺流程分析汽缸盖传统加工工艺流程如下图所示。毛坯、后续热处理上、下面粗加工上、下面精加工定位面螺栓孔加工四周面加工上、下平面孔系综合加工四周平面孔系加工清理、清洗零部件组装(密封试验)气阀座面及导管孔组合加工检验气阀座面配研及着色检查零部件部装完工2.2 加工工序的研究柔性加工线的工序流程一般分为两种：工序分散型和工序集中型。 工序分散型：工序依次分散的生产线(Sequential process), 加工件要通过所有的加工设备才能加工完成。如其中一台加工设备出故障，会牵涉到整个生产线停产。 工序集中型：
14、加工线上尽可能选用相同型号的加工中心，把不同的工序内容集中到一台机床上，用尽量少的装夹次数，高效的加工工件。当某台加工设备出现故障时，可用同一工序相同型号的设备继续生产，虽然生产量有所减少，但可以避免整个生产线停产。工序集中型还可根据生产量的增减适当增减或转用加工设备，转用设备可避免机床在固定工况下的重复使用段磨损，这些都是优点，相反，缺点是：工件的追溯能力差，由那台设备加工的工件不易追溯，且生产中刀具的周转量相对要大一些。2.2.1 粗基准和精基准的选择本着先基准、后其它的机加工原则，首先要考虑的是粗、精基准。(一) 粗基准的选择粗基准主要考虑各加工表面有足够的余量，不加工表面的尺寸和位置符
15、合图纸要求。气缸盖底部的密封气缸，与活塞共同形成内燃机的燃烧室，气缸盖在柴油机运转过程中承受高温高压燃气和螺栓预紧力的作用，因此而加工的粗基准一般选择气缸盖底而，如下图所示，根据该基准校核顶面、各搭子面、出砂孔及气道平面等位置。汽缸盖基准面示意图气缸盖的功能要求气阀座孔加工后与未加工的气道须具有相对准确的位置要求，确保气缸盖在工作状态下具备良好的配气功能，因此孔加工的粗基准一般选择气阀孔，根据气阀孔校核底而外形及搭了位置，划底而十字中心线并引至顶面。要保证缸体结合面与燃烧室内毛坯面的位置，实际上就是要选择一个合理的粗基准。在缸盖的缸体结合面方向，都会留有3个工艺定位台阶，作为粗基准，这个工艺定位台阶与燃烧室位于同一方向，是铸造模具同一个型面形成的，没有分型等铸造工艺误差，因此比较准确，所以必须要用缸盖的缸体结合面方向上的粗基准做为首次定位基准，加工出机加工的精基准。以后的误差，都是用机加
